一種疏水蜂窩狀活性炭及其製備方法
2023-05-22 02:49:11 1
專利名稱：：一種疏水蜂窩狀活性炭及其製備方法
技術領域：
：本發明涉及一種疏水活性炭及其製備方法。技術背景蜂窩狀活性炭整合了活性炭比表面積高、耐酸鹼、孔隙結構可控、失效後可再生等特點以及蜂窩結構開孔率高、幾何表面積大、耐磨損、抗粉塵汙染能力強等優點，與其它類型的活性炭相比，蜂窩狀活性炭的最大優點在於壓力損失小，基於上述優點，蜂窩狀活性炭可以用於氣體淨化、溶劑回收，也可以用做催化劑或者作為催化劑載體。在工業規模上使用蜂窩狀活性炭對有機廢氣做淨化處理時，要求活性炭具有較大的比表面積，較高的抗壓強度以及較好的疏水性。為了達到上述要求，目前在製備疏水活性炭的過程中常需要添加使用酚醛樹脂及有機增塑劑，或者添加使用酚醛樹脂、碳化矽、碳化鈦，但其使用的添加物比較昂貴，提高了產品的成本。
發明內容本發明任務之一是提供一種符合有機廢氣淨化處理過程中使用的疏水蜂窩狀活性炭。本發明任務之二是提供一種生產成本低的疏水蜂窩狀活性炭製備方法。為實現任務一採用的技術解決方案是一種疏水蜂窩狀活性炭，其整體輪廓為規則幾何形狀的立方體，蜂窩孔道為正方形，孔密度為8~32孔/cm2，比表面積為660~1040mVg，正壓機械強度為2.8~7.4MPa，側壓強度為1.1~3.7MPa，與水的接觸角大於120度。上述疏水蜂窩狀活性炭，其整體輪廓為柱狀體或正立方體。為實現任務二採用的技術解決方案是疏水蜂窩狀活性炭的製備方法，其包括以下步驟-a.可塑性泥料的配製以粉末狀活性炭為主要原料，並添加輔助原料有機粘結劑和水，上述主要原料與各輔助原料之間質量配比為100:1.5~5:5~10，混合均勻，製成塑性泥料；b.真空擠出成型將塑性泥料裝入真空擠出機擠壓成型，得到蜂窩坯體；c.乾燥將蜂窩坯體乾燥，得到疏水蜂窩狀活性炭；特徵在於上述步驟a中，輔助原料還包括表面改性劑乳液，其與主要原料及其它輔助原料有機粘結劑、水的質量配比為30-50:100:1.5-5:5~10。上述步驟a中，還包括活性炭預處理，即將活性炭研磨至粒度小於74微米，作為粉末狀活性炭。上述步驟a中，將主要原料與輔助原料在捏合機中攪拌均勻。上述步驟b中，將塑性泥料裝入真空擠出機的料筒內，啟動真空擠出機的抽真空系統，使料筒內泥料的真空度達到-0.08-0.09MPa，在此真空度下保持10分鐘，然後擠出成型。上述步驟c中，將蜂窩坯體在100-200。C下乾燥3~12小時。上述步驟c中，將一次乾燥處理後的蜂窩坯體在10020(TC下進行第二次乾燥處理，再乾燥312小時。上述活性炭為煤質活性炭、椰殼活性炭或果殼活性炭。上述有機粘合劑為甲基纖維素、羧甲基纖維素或聚乙烯醇。上述表面改性劑乳液為聚四氟乙烯乳液、有機矽改性丙烯酸乳液或聚氨酯乳液。本發明的有益效果本發明的疏水蜂窩狀活性炭，具有較大的比表面積，較高的抗壓強度以及較好的疏水性，達到了工業處理有機廢氣對使用活性炭的要求；疏水蜂窩狀活性炭的製備方法將活性炭、有機粘結劑、表面改性劑和水，進行捏合、擠出成型、乾燥等工序，其顯著特徵在於在成型泥料中添加了表面改性劑，在保證一定機械強度和比表面積的前提下，可以獲得疏水的蜂窩狀活性炭。蜂窩狀活性炭表面疏水性由表面改性乳液的種類和用量所決定，有機粘合劑只起支撐和連接作用，故蜂窩活性炭的表面性質可以通過表面改性劑的選擇加以調控，擴大了蜂窩狀活性炭的應用範圍；而且由於表面改性劑的引入，增加了泥料的潤滑性，不必再添加任何潤滑助劑，製備程序簡單，原料便宜，生產成本低廉；本方法生產的疏水蜂窩狀活性炭具有耐熱、耐水性好，易再生，特別適用於高溼度有機廢氣的淨化處理過程中應用。具體實施方式下面以各原料不同的配比關係，對本發明進行詳細說明實施實例1疏水蜂窩狀活性炭的製備方法，其包括以下步驟a.活性炭預處理將比表面積為960m々g的煤質活性炭(C-l)研磨至粒度小於74微米，備用。可塑性泥料的配製將上述煤質活性炭(C-1)粉末、甲基纖維素粉、固含量為20%的聚四氟乙烯乳液、水按質量比100:5:30:10在捏合機中攪拌均勻，製成塑性泥料。b.真空擠出成型將塑性泥料裝入真空擠出機的料筒內，啟動真空擠出機的抽真空系統，使料筒內泥料的真空度達到-0.08MPa，在此真空度下保持10分鐘，然後在20MPa壓力下擠出成型，根據需要製得正方形蜂窩坯體，正方形蜂窩坯體的邊長和高分別為65和IOO釐米，蜂窩坯體孔密度為8孔/cm2。c.乾燥將蜂窩坯體在IO(TC下乾燥4小時，在18(TC下乾燥6小時得到疏水的蜂窩狀活性炭(sc-i)。性能測試疏水蜂窩狀活性炭的比表面積由低溫氮吸附法測定；蜂窩狀活性炭的抗壓強度在通用壓力機上測定；採用動態吸附-脫附法測定蜂窩狀活性炭和相應原料活性炭對正丁垸的吸附和脫附量，測試時將蜂窩狀活性炭(SC-1)或煤質活性炭(C-1)置於具有進氣和出氣口的測試管內，吸附時進氣口通入氣體流量為400ml/min、400ppm正丁垸和10%水汽的混合氣，其中氮氣為平衡氣體，每隔5分鐘用VOC測定儀測定出氣口正丁垸濃度。當正丁垸濃度接近入口濃度的80%時，停止吸附試驗，然後進口氣體切換為同體積流量、純度為99.95%的氮氣進行脫附試驗，每隔5分鐘用VOC測定儀測定出氣口正丁垸濃度，當出口正丁垸濃度為5ppm時，停止脫附試驗。將吸附、脫附過程中正丁烷濃度與時間作圖，並積分曲線面積，換算為單位質量活性炭吸附和脫附的正丁烷量。具體性能指標見表1。實施實例2疏水蜂窩狀活性炭的製備方法，其包括以下步驟a.活性炭預處理將比表面積為960m2/g的煤質活性炭(C-1)研磨至粒度小於74微米，備用。可塑性泥料的配製將上述煤質活性炭(C-1)粉末、聚乙烯醇粉、固含量為20%的聚四氟乙烯乳液、水按質量比100:3:40:5在捏合機中攪拌均勻，製成塑性泥料。b.真空擠出成型將塑性泥料裝入真空擠出機的料筒內，啟動真空擠出機的抽真空系統，使料筒內泥料的真空度達到-0.08MPa，在此真空度下保持IO分鐘，然後在20MPa壓力下擠出成型，根據需要製得正方形蜂窩坯體，正方形蜂窩坯體的邊長和高分別為100和100釐米，蜂窩坯體孔密度為16孔/cm2。c.乾燥將蜂窩坯體在15(TC下乾燥3小時，在16(TC下乾燥10小時得到疏水蜂窩狀活性炭(SC-2)。性能測試同實施實例l。具體性能指標見表l。實施實例3疏水蜂窩狀活性炭的製備方法，其包括以下步驟a.活性炭預處理將比表面積為960m2/g的煤質活性炭(C-1)研磨至粒度小於74微米，備用。可塑性泥料的配製將上述煤質活性炭(C-1)粉末、羧甲基纖維素粉、固含量為18%的有機矽改性丙烯酸乳液、水按質量比100:5:40:5在捏合機中攪拌均勻，製成塑性泥料。b.真空擠出成型將塑性泥料裝入真空擠出機的料筒內，啟動真空擠出機的抽真空系統，使料筒內泥料的真空度達到-0.085MPa，在此真空度下保持IO分鐘，然後在18MPa壓力下擠出成型，根據需要製得圓柱形蜂窩坯體，圓柱形蜂窩坯體的直徑和高分別為50和IOO釐米，蜂窩坯體孔密度為32孔/cm2。c.乾燥將蜂窩坯體在10(TC下乾燥4小時，在18(TC下乾燥8小時，得到疏水蜂窩狀活性炭(SC-3)。性能測試同實施實例l。具體性能指標見表l。實施實例4疏水蜂窩狀活性炭的製備方法，其包括以下步驟a.活性炭預處理將比表面積為1430m2/g的椰殼活性炭(C-2)研磨至粒度小於74微米，備用。可塑性泥料的配製將上述椰殼活性炭(C-2)粉末、聚乙烯醇粉、固含量為19%的有機矽改性丙烯酸乳液、水按質量比100:4:50:5在捏合機中攪拌均勻，製成塑性泥料。b.真空擠出成型將塑性泥料裝入真空擠出機的料筒內，啟動真空擠出機的抽真空系統，使料筒內泥料的真空度達到-0.088MPa，在此真空度下保持10分鐘，然後在20MPa壓力下擠出成型，根據需要製得正方形蜂窩坯體，正方形坯體的邊長和高分別為IOO和IOO釐米，蜂窩坯體孔密度為16孔/cm2。c.乾燥將蜂窩坯體在180'C下乾燥5小時，在20(TC下乾燥12小時得到疏水的蜂窩狀活性炭(SC-4)。性能測試同實施實例l。具體性能指標見表l。實施實例5疏水蜂窩狀活性炭的製備方法，其包括以下步驟a.活性炭預處理將比表面積為1120m々g的杏殼活性炭(C-3)研磨至粒度小於74微米，備用。可塑性泥料的配製將上述杏殼活性炭(C-3)粉末、羧甲基纖維素粉、固含量為20%的聚氨酯乳液、水按質量比100:1.5:50:10在捏合機中攪拌均勻，製成塑性泥料。b.真空擠出成型將塑性泥料裝入真空擠出機的料筒內，啟動真空擠出機的抽真空系統，使料筒內泥料的真空度達到-0.09MPa，在此真空度下保持10分鐘，然後在20MPa壓力下擠出成型，根據需要製得正方形蜂窩坯體，正方形坯體的邊長和高分別為100和100釐米，蜂窩坯體孔密度為16孔/cm2。c.乾燥將蜂窩坯體在20(TC下乾燥12小時，在IO(TC下乾燥3小時，得到疏水的蜂窩狀活性炭(SC-5)。性能測試同實施實例l。具體性能指標見表l。實施實例6疏水蜂窩狀活性炭的製備方法，其包括以下步驟a.活性炭預處理將比表面積為1430m2/g的椰殼活性炭(C-2)研磨至粒度小於74微米，備用。可塑性泥料的配製將上述椰殼活性炭(C-2)粉末、甲基纖維素粉、固含量為19%的聚四氟乙烯乳液、水按質量比100:2:35:6在捏合機中攪拌均勻，製成塑性泥料。b.真空擠出成型將塑性泥料裝入真空擠出機的料筒內，啟動真空擠出機的抽真空系統，使料筒內泥料的真空度達到-0.08MPa，在此真空度下保持10分鐘，然後在20MPa壓力下擠出成型，根據需要製得圓柱形蜂窩坯體，圓柱形蜂窩坯體的直徑和高分別為60和80釐米，蜂窩坯體孔密度為16孔/cm2。c.乾燥將蜂窩坯體在13(TC下乾燥3小時，在15(TC下乾燥10小時得到疏水蜂窩狀活性炭(SC-6)。性能測試同實施實例l。具體性能指標見表l。實施實例7疏水蜂窩狀活性炭的製備方法，其包括以下步驟a.活性炭預處理將比表面積為1430m2/g的椰殼活性炭(C-2)研磨至粒度小於74微米，備用。可塑性泥料的配製將上述椰殼活性炭(C-2)粉末、甲基纖維素粉、固含量為19%的有機矽改性丙烯酸乳液、水按質量比100:3.5:35:7在捏合機中攪拌均勻，製成塑性泥料。b.真空擠出成型將塑性泥料裝入真空擠出機的料筒內，啟動真空擠出機的抽真空系統，使料筒內泥料的真空度達到-0.088MPa，在此真空度下保持10分鐘，然後在20MPa壓力下擠出成型，根據需要製得正方形蜂窩坯體，正方形蜂窩坯體的邊長和高分別為80和100釐米，蜂窩坯體孔密度為32孔/cra2。c.乾燥將蜂窩坯體在17(TC下乾燥6小時，在12(TC下乾燥8小時得到疏水蜂窩狀活性炭(SC-7)。性能測試同實施實例l。具體性能指標見表l。實施實例8疏水蜂窩狀活性炭的製備方法，其包括以下步驟a.活性炭預處理將比表面積為1120m2/g的杏殼活性炭(C-3)研磨至粒度小於74微米，備用。可塑性泥料的配製將上述杏殼活性炭(C-3)粉末、羧甲基纖維素粉、固含量為20%的聚氨酯乳液、水按質量比100:4.5:45:9在捏合機中攪拌均勻，製成塑性泥料。b.真空擠出成型將塑性泥料裝入真空擠出機的料筒內，啟動真空擠出機的抽真空系統，使料筒內泥料的真空度達到-0.09MPa,在此真空度下保持10分鐘，然後在20MPa壓力下擠出成型，根據需要製得圓柱形蜂窩坯體，圓柱形蜂窩坯體的直徑和高分別為70和IOO釐米，蜂窩坯體孔密度為16孔/cm2。c.乾燥將蜂窩坯體在ll(TC下乾燥8小時，在19(TC下乾燥12小時得到疏水蜂窩狀活性炭(SC-8)。性能測試同實施實例l。具體性能指標見表l。疏水蜂窩狀活性炭以及原料活性炭的性能指標對照表1:tableseeoriginaldocumentpage8可見本方法具有製造工藝簡單，使用原料成本低廉，生產出的疏水蜂窩狀活性炭抗壓力及吸附能力強、易再生的優點。當然，上述說明並非是對本發明的限制，本發明也並不僅限於上述舉例，本
技術領域：
的普通技術人員在本發明的實質範圍內所做出的變化、改型、添加或替換，也應屬於本發明的保護範圍。權利要求1、一種疏水蜂窩狀活性炭，其特徵在於活性炭整體輪廓為規則幾何形狀的立方體，蜂窩孔道為正方形，孔密度為8～32孔/cm2，比表面積為660～1040m2/g，正壓機械強度為2.8～7.4MPa，側壓強度為1.1～3.7MPa，與水的接觸角大於120度。2、根據權利要求1所述的一種疏水蜂窩狀活性炭，其特徵在於所述疏水蜂窩狀活性炭整體輪廓為柱狀體或正立方體。3、疏水蜂窩狀活性炭的製備方法，其包括以下步驟a.可塑性泥料的配製以粉末狀活性炭為主要原料，並添加輔助原料有機粘結劑和水，上述主要原料與各輔助原料之間質量配比為100:1.5~5:5~10，混合均勻，製成塑性泥料；b.真空擠出成型將塑性泥料裝入真空擠出機擠壓成型，得到蜂窩坯體；C.乾燥將蜂窩坯體乾燥，得到疏水蜂窩狀活性炭；特徵在於所述步驟a中，輔助原料還包括表面改性劑乳液，其與主要原料及其它輔助原料有機粘結劑、水的質量配比為30~50:100:1.5~5:5~10。4、根據權利要求3所述疏水蜂窩狀活性炭的製備方法，其特徵在於所述步驟a中，還包括活性炭預處理，即將活性炭研磨至粒度小於74微米，作為粉末狀活性炭。5、根據權利要求3或4所述疏水蜂窩狀活性炭的製備方法，其特徵在於所述步驟a中，將主要原料與輔助原料在捏合機中攪拌均勻。6、根據權利要求3或4所述疏水蜂窩狀活性炭的製備方法，其特徵在於所述步驟b中，將塑性泥料裝入真空擠出機的料筒內，啟動真空擠出機的抽真空系統，使料筒內泥料的真空度達到-O.08~-0.09MPa，在此真空度下保持10分鐘，然後擠出成型。7、根據權利要求5所述疏水蜂窩狀活性炭的製備方法，其特徵在於所述步驟b中，將塑性泥料裝入真空擠出機的料筒內，啟動真空擠出機的抽真空系統，使料筒內泥料的真空度達到-0.08~-0.09MPa，在此真空度下保持10分鐘，然後擠出成型。8、根據權利要求3或7所述疏水蜂窩狀活性炭的製備方法，其特徵在於所述步驟c中，將蜂窩坯體在100200'C下乾燥3~12小時。9、根據權利要求8所述疏水蜂窩狀活性炭的製備方法，其特徵在於所述步驟c中，將乾燥處理後的蜂窩坯體在10020(TC下進行第二次乾燥處理，再乾燥3~12小時。10、根據權利要求3所述疏水蜂窩狀活性炭的製備方法，其特徵在於所述活性炭為煤質活性炭、椰殼活性炭或果殼活性炭，所述有機粘合劑為甲基纖維素、羧甲基纖維素或聚乙烯醇，所述表面改性劑乳液為聚四氟乙烯乳液、有機矽改性丙烯酸乳液或聚氨酯乳液。全文摘要本發明公開一種疏水蜂窩狀活性炭及其製備方法，該種方法將活性炭、有機粘結劑、表面改性劑和水，進行捏合、擠出成型、乾燥等工序，其顯著特徵在於在成型泥料中添加了表面改性劑，在保證一定機械強度和比表面積的前提下，可以獲得疏水的蜂窩狀活性炭。本方法生產的疏水蜂窩狀活性炭具有耐熱、耐水性好，易再生，特別適用於高溼度有機廢氣的淨化處理過程中應用。文檔編號C01B31/08GK101214955SQ200810013780公開日2008年7月9日申請日期2008年1月15日優先權日2008年1月15日發明者郅立鵬,陳繼朝申請人:青島華世潔環保科技有限公司